(57)【要約】【課題】  液体冷媒による腐蝕から長期（５〜１０年）に亘って保護可能であり、発熱体を効率的に冷却することが出来る液冷システムを提供する。【解決手段】  液冷システムは、冷却液Ｌを駆動するポンプ１０８と、ＣＰＵ１０６からの熱を受けてポンプから供給される冷却液に伝達する冷却ジャケット１０７と、冷却ジャケットから冷却液が供給されて外部へ熱を放熱するラジエータ２０１、２０２と、冷却液の一部を貯留するタンク３００と、冷却液を循環する流路２０５とを備え、冷却液として酸素脱気した不凍液を使用し、液冷システムの気相部の空気を窒素置換すると共に、システム内に気相部となるタンクの一部に脱酸素剤を封入した包装体を配置して、脱酸素構造を構成し、長期（例えば、上記の保証期間：５〜１０年）に亘って酸素濃度を０．５ｐｐｍ以下に維持する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を駆動するポンプと、発熱電子部品からの熱を受けて前記ポンプから供給される冷却液に伝達する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットから前記冷却液が供給されて外部へ熱を放熱するラジエータと、前記冷却液の一部を貯留するタンクと、前記ラジエータと、前記ポンプ、前記冷却ジャケット、前記ラジエータの間に前記冷却液を循環する流路とを有する液冷システムにおいて、
前記冷却液として酸素脱気した不凍液を使用し、前記液冷システムの気相部の空気を窒素置換すると共に、システム内に脱酸素構造を設置したことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記請求項１に記載した冷却システムにおいて、前記脱酸素構造を前記タンクの一部に設けたことを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
前記請求項２に記載した冷却システムにおいて、前記脱酸素構造は、前記タンクの上部の気体滞留部に、内部に脱酸素剤を封入した包装体を配置してなることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
前記請求項２３に記載した冷却システムにおいて、前記脱酸素構造は、前記タンク内部に設けた第２の包装体の内部に、前記脱酸素剤を封入した包装体を配置してなることを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
前記請求項４に記載した冷却システムにおいて、前記第２の包装体を構成する壁面をシリコンで構成したことを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
前記請求項１に記載した冷却システムにおいて、前記第包装体をガス透過性の有機材料で包装して構成したことを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
前記請求項１に記載した冷却システムにおいて、前記脱酸素構造を１０μｍ以下のメッシュ包装体で脱酸素剤を包装して構成したことを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノート型パーソナルコンピュータをはじめとして、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ホームサーバ、プロジェクタ、メディアストレージ等を含む、所謂、電子機器における使用に適しており、液体冷媒により効率的に冷却が可能な電子機器の冷却システムに関し、更には、かかる冷却システムを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したパーソナルコンピュータ等の電子装置では、そこで用いられる半導体素子、特に、ＣＰＵに代表される半導体素子は、動作時に発熱する。特に、近年においては、かかる半導体素子素子に対する高速処理や高容量の要求から、益々、その発熱量が増大する傾向にある。一般的に、半導体素子素子は、ある所定温度を超えると、その機能が著しく損なわれるため、特に、発熱量の大きい半導体素子素子については、積極的に冷却する手段を設ける必要がある。なお、従来、かかる電子装置の半導体素子を冷却するための技術としては、熱伝導によるもの、空冷によるもの、ヒートパイプを用いるもの、更には、液体冷媒によるものなど、種々のものが知られ、また、提案されている。
【０００３】
かかる半導体素子を冷却するための技術のうち、上述したＣＰＵに代表される発熱量の大きい半導体素子に対しては、特に、液冷による冷却が最も効果的である。なお、かかる液冷による具体的な冷却方法としては、例えば、以下の特許文献１〜４に記載されたものが既に知られている。しかしながら、これらの従来技術になる冷却方法、特に、大型コンピュータにその用途が限れていた。
【０００４】
なお、その理由としては、上記の従来技術になる液冷システムでは、ポンプや配管系、ラジエータなど多くの液冷専用の部品を必要とするので液冷装置が大型になってしまうこと、更には、液体を冷却に使用することに対する信頼性の確保が、他の冷却方法に比べて難しいことによる。加えて、液冷を必要とする程の発熱量の大きい半導体素子は、従来では、大型コンピュータ以外ではあまり用いられていなかったことも、その理由の一つとして挙げられる。
【０００５】
一方、上述した大型コンピュータとは異なり、小型の電子機器において、液冷システムを適用するための技術が、例えば、以下の特許文献５に記載されて既に知られている。より詳細には、この従来技術では、半導体素子に取り付けた冷却ジャケットと、これとは隔離された場所に位置するラジエータとの間を、所謂、フレキシブルチューブで連結し、その中を流れる液体で冷却するものである。
【０００６】
加えて、例えば、以下の特許文献６によれば、液体冷媒を利用した電子機器用冷却システムにおいて、当該冷却システム内に不凍液を入れた後に、その内部の空気を窒素で置換し、もって、初期の酸素濃度である０．５ｐｐｍ以下にするための液体冷媒の充填方法が提案されている。
【０００７】
また、脱酸素剤の一例としては、例えば以下の特許文献７によれば、活性炭やゼオライトなどの担体に担持された活性化金属と水とから構成された脱酸素剤が既に知られている。
【特許文献１】特開平５−３３５４５４号公報
【特許文献２】特開平６−９７３３８号公報
【特許文献３】特開平６−１２５１８８号公報
【特許文献４】特開平１０−２１３３７０公報
【特許文献５】特開平６−２６６４７４号公報
【特許文献６】特開２００４−２４５４７７号公報
【特許文献７】特開平８−３８８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術、特に、特許文献６では、冷却システム内における酸素濃度を０．５ｐｐｍ以下に維持する目的としては、当該システムを構成するアルミニウム合金製の部品、銅製の熱交換器、冷媒タンク、更には、配管の腐食を防止するためである。特に、配管として多く利用されるゴムチューブは、冷却システム内で不凍液として用いるグリコールの分解生成物であるアルデヒド類によって侵食されため、かかる侵食からゴムチューブを防止するためである。
【０００９】
このように、上記の特許文献６では、ゴムチューブの侵食について、これを新たに見出し、そして、そのための対策を提案するものではあるが、しかしながら、配管にゴムを使用した場合、当該ゴムを通して、不凍液が抜けること、更には、不凍液が抜けた分だけ外気の空気（酸素）が冷却システム内に入ってくることに対しては、十分な対策が考慮していななかった。
【００１０】
特に、上述したような電子機器用冷却システムにおいては、更に、その外部と内部との間の酸素の濃度差による拡散によって、外部から更なる酸素が侵入することも考えられる。すなわち、上記の従来技術によれば、空気を窒素で置換した初期における所定の期間においては、その内部の酸素濃度を所定の値以下に維持することは可能であるが、しかしながら、長期（例えば、上記の保証期間：５〜１０年）に亘ってシステムを運転した場合には、やはり、冷却システム内には外部から酸素が侵入してしまい、そのため、酸素濃度を０．５ｐｐｍ以下に維持することは不可能であった。
【００１１】
また、特に、上記特許文献７により知られる脱酸素剤は、本発明が関する電子機器用の冷却システムへの適用については考慮しておらず、そのため、アルカリ類やハロゲン化金属のような触媒を使用していないのが特徴であるが、しかしながら、遷移金属は還元性化合物(遷移金属の硫酸塩等)、又は、分解性化合物(遷移金属の蟻酸塩等)である。従って、これらが不凍液中に溶出した場合は、熱交換器やラジエータの腐食の原因となってしまう。また、不凍液中の腐食抑制剤が、遷移金属である還元性化合物、又は、分解性化合物と反応して、腐食抑制剤の濃度低下が生じることも考えられ、その場合、熱交換器やラジエータの腐食の原因ともなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、特に、上述したように、冷却システムの長期（例えば、上記の保証期間：５〜１０年）に亘る運転に伴って、経時的に、外部から侵入する酸素をも含めて、システム内の気相部における酸素を確実に除去することにより、長期に亘って、安全な運転が可能な冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記に述べた目的を達成するため、本発明によれば、まず、冷却液を駆動するポンプと、発熱電子部品からの熱を受けて前記ポンプから供給される冷却液に伝達する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットから前記冷却液が供給されて外部へ熱を放熱するラジエータと、前記冷却液の一部を貯留するタンクと、前記ラジエータと、前記ポンプ、前記冷却ジャケット、前記ラジエータの間に前記冷却液を循環する流路とを有する液冷システムにおいて、前記冷却液として酸素脱気した不凍液を使用し、前記液冷システムの気相部の空気を窒素置換すると共に、システム内に脱酸素構造を設置した冷却システムが提供される。
【００１４】
なお、本発明では、前記の冷却システムにおいて、前記脱酸素構造を前記タンクの一部に設けることが好ましく、また、その場合、前記脱酸素構造は、前記タンクの上部の気体滞留部に、内部に脱酸素剤を封入した包装体を配置することが好ましい。また、前記脱酸素構造は、前記タンク内部に設けた第２の包装体の内部に、前記脱酸素剤を封入した包装体を配置してなることが好ましく、その場合、前記第２の包装体を構成する壁面をシリコンで構成することが好ましい。又は、前記第包装体をガス透過性の有機材料で、あるいは、１０μｍ以下のメッシュ包装体で脱酸素剤を包装して構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上からも明らかなように、本発明によれば、冷却システムの長期（例えば、上記の保証期間：５〜１０年）に亘る運転に伴って、経時的に、外部から侵入する酸素をも含めて、システム内の気相部における酸素を確実に除去することにより、長期に亘って、安全な運転が可能な冷却システムを提供することを可能とするという、優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。
まず、添付の図１は、本発明の一実施の形態になる、冷却システムを用いた電子機器である、ノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。尚、ここでは、その一実施例として、最も身近なノート型パーソナルコンピュータを用いて説明するが、しかしながら、本発明は、かかるノート型パーソナルコンピュータだけに限定されるものではなく、その他、例えば、上述したデスクトップ型のパーソナルコンピュータ、ホームサーバ、プロジェクタ、メディアストレージ等、種々の電子機器に対して応用が可能であることは言うまでもなかろう。
【００１７】
なお、この電子装置は、本体筐体１００と、例えば液晶ディスプレイ装置を備えた表示部筐体２００とからなり、そして、図にも示すように、本体筐体１００内には、キーボード１０１、複数の素子を搭載した配線基板１０２、記憶装置としてのハードディスクドライブ１０３、補助記憶装置としての、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ又はＣＤドライブ１０４、更には、図示しないバッテリー等が設置されている。また、上記の配線基板１０２上には、中央演算処理ユニット１０６など、特に発熱量の大きい半導体素子（以下、ＣＰＵと記載）が搭載されており、この発熱素子であるＣＰＵ１０６の上面には、その内部に冷却液の流路を形成した、所謂、水冷（受熱）ジャケット１０７が接続されている。即ち、ＣＰＵ本体の上面に接触して、この水冷ジャケット１０７の下面が、柔軟熱伝導部材（例えば、Ｓｉゴムに酸化アルミニウム等の熱伝導性に優れたフィラーを混入したもの等）を介して熱的に接続されている。また、この本体筐体１００内には、更に、冷却液を循環駆動するためのポンプ１０８が設けられている。
【００１８】
一方、上記本体筐体１００に対しては、上記の表示部筐体２００が、例えばヒンジ機構等によって開閉自在に取り付けられており、更に、その表示パネル（液晶ディスプレイ等）を取り付けた背面側には、当該機器の外部と熱交換を行うための放熱パイプ２０１が、例えば、金属製の放熱板２０２の上に蛇行して接続されており、所謂、ラジエータを構成している。また、その途中には、その内部に冷却液を貯留したタンク３００が設けられている。なお、図からも明らかなように、これらポンプ１０８、水冷ジャケット１０７、放熱パイプ２０１、タンク３００は、主に、例えば、銅等の金属からなる接続パイプ１０９によって閉ループ状に接続され、もって、上記液冷システムを構成している。なお、これらの内部に充填される冷却液としては、例えば、純水を用いており、また、特に、氷点以下の環境下に曝される場合には、純水に加えて、例えば、プロピレングリコール等の不凍液を混合して用いる。また、図中の符号２０５は、上記ヒンジ機構により本体筐体１００に対して開閉可能に取り付けられた表示部筐体２００との間に設けられた、例えば、ゴム等の弾性体からなるチューブである。
【００１９】
なお、この時、前記冷却液としては、酸素脱気した不凍液を使用し、前記液冷システムの気相部の空気を窒素置換する。例えば、予めグリコール類濃度５〜６０重量％で、溶存酸素濃度０．５ｐｐｍ以下のグリコール類水溶液を調整した後、このグリコール類水溶液を冷媒流路に充填する。又は、先ず、グリコール類濃度５〜６０重量％のグリコール類水溶液からなる液体冷媒を冷却システムの冷媒流路内に充填し、次いで、この冷媒流路内の空気を、例えば、窒素などの不活性ガスで置換する。そして、本発明では、更に、システム内に脱酸素構造を設置する。
【００２０】
次に、添付の図２は、上記図１に示したノート型パーソナルコンピュータの液冷システムの一構成を示す。この図２では、脱酸素構造が上記タンク３００内に設けられており、その内部に脱酸素剤を封入した包装体３１０によって構成されている。なお、この例では、内部に脱酸素剤を封入した包装体３１０は、上記タンク３００内において気体が滞留する上部（即ち、気相部に相当）３０１に配置されている。なお、この図では、上記した不凍液からなる液体冷媒がＬにより示されている。
【００２１】
より詳細には、この包装体３１０は、液透過性の小さい有孔材料から形成されている。具体的な一例として、例えば、ポリエチレンを使用して、所定の形状（本例では、主に、矩形の平板形状）に形成される。なお、この場合、当該包装体３１０自体を、例えば、シリコンなどのように、耐薬品性、高ガス透過性の材料で形成してもよい。但し、その場合でも、その作り易さを考慮して、例えば、添付の図３に示すように、ヒートシールに適した包装体３１０を二重構造にした、二重包装体とすることが好ましい。
【００２２】
ここで、この二重構造の包装体（二重包装体）３００は、図３からも明らかなように、外側の包装体３１１と内側の包装体３１２とを有しており、その周囲を、例えば、ヒートシール３１３により封止している。また、この二重包装体３１０の封止した内部には、例えば、粒状の脱酸素剤３１４が封入されている。なお、上記二重包装体３１０内に封止する粒状の脱酸素剤３１４としては、例えば、シリカゲル三菱ガス化学製「エージレス」等を使用することが出来る。なお、後述の説明にあるように、この脱酸素剤は、不凍液にたいしては、直接、接触させることは避けたい。
【００２３】
ここで再び、図２に戻り、上記のように、その内部に脱酸素剤３１４を封入した包装体（二重包装体）３１０は、上述したように、上記冷却システム内における気相部に設置する。なお、この気相部とは、例えば、その内部に冷却液を貯留したタンク３００の内部空間の上部３０１など、本冷却システムを用いた電子機器を長期に亘って運転した場合、外部から冷却システム内に侵入してしまう空気などの気体により、結果として気相部となる場所を意味する。そのため、通常、図示のように、例えば、貯留したタンク３００の上部に設置することが好ましい。更には、たとえ不凍液中であっても、当該液体から隔離し、即ち、不凍液に接触しないように設置することも可能である。
【００２４】
即ち、本発明では、この包装体３１０の内部に封入した脱酸素剤３１４の働きにより、冷却システム内における気相部の酸素濃度を、長期に亘って、所望の値以下に維持するものであるが、他方において、この脱酸素剤は、不凍液中に溶出すると、冷却システムにおける金属部分における腐食の原因となることによる。加えて、この包装体３１０の内部に不凍液が侵入すると、内部に封入した脱酸素剤が、不凍液内に混入した腐食抑制剤を消費することから、その濃度が低下してしまい、そのため、本来、防食すべきラジエータや熱交換器の防食効果が低下することからも好ましくない。
【００２５】
そこで、本発明によれば、更に、上記図２に示したようにタンク３００の内部空間の上部３０１に配置することに代えて、包装体３１０を、当該タンク３００の内部に設けた第２の包装体（又は、箱体）３５０の内部に設置する構造を添付の図４に示す。即ち、この変形例では、上記タンク３００の内部に設けた第２の包装体３５０の外周の一部または全部を、例えば、シリコンなど、耐薬品性、高ガス透過性に優れた材料により覆って構成したものである。なお、この例でも、上記と同様、市販の脱酸素剤を有効に利用することができる。また、このシリコン材料による第２の包装体３５０によれば、タンク３００内の不凍液はその内部に侵入しないが、当該不凍液がタンク内を移動する際、その内部に混入した気体の一部が内部に侵入して脱酸素剤３１４により酸素が奪われ、もって、冷却システム内における気相部の酸素濃度を、長期に亘って、所望の値以下に維持することが可能となる。
【００２６】
また、上記の第２の包装体（又は、箱体）は、添付の図５に示すように、その周囲を構成する壁面を、気体の透過性のない部材の壁面３５１（例えば、ステンレス、銅などの金属材料）により形成し、その一部（図の例では、右側の壁面）３５２だけを、シリコンなどの耐薬品性、高ガス透過性に優れた材料の壁面３５２により覆って構成してもよい。
【００２７】
なお、この変形例になる第２の包装体（又は、箱体）３５０’は、例えば、添付の図６にも示すように、タンク３００の内部（特に、その上部３０１）に設置されてもよく、又は、当該タンク３００の壁面の一部（図の例では、上面壁）に、当該壁面の一部を上記シリコンの壁面３５２によって構成するようにして取り付けることも可能である。なお、これによっても、冷却システム内の気体（即ち、上部３０１に滞留する気体）に侵入した酸素は、脱酸素剤３１３により吸着されて、気相部の酸素濃度を、長期に亘って、所望の値以下に維持することが可能となる。
【００２８】
更に、特に、上記の変形例になる第２の包装体（又は、箱体）３５０’では、添付の図７にも示すように、その内部に収容する脱酸素剤３１３を、上記図３に示したように包装体３００の内部に封入することなく、そのまま、その内部に封入することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の冷却システムを用いたノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図２】本発明の冷却システムを用いたノート型パーソナルコンピュータの模式図である。
【図３】上記本発明の冷却システムにおける脱酸素構造を構成する包装体の詳細構造を示す図である。
【図４】上記本発明の冷却システムにおける、脱酸素構造の他の構造の詳細構造を示す図である。
【図５】上記図３に示した脱酸素構造の、他の構造の詳細構造を示す図である。
【図６】上記図５に示す脱酸素構造の取り付け構造の例を示す図である。
【図７】上記図３に示した脱酸素構造の、更に他の構造の詳細構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  本体筐体
１０２  配線基板
１０６  ＣＰＵ
１０７  冷却ジャケット
１０８  ポンプ
２００  表示部筐体
２０１  放熱パイプ
２０２  金属製の放熱板
３００  タンク
３１０  包装体
３０１  タンクの上部（気相部）
３１４  脱酸素剤
３５０、３５０’  第２の包装体（又は、箱体）
３５２  高ガス透過性に優れたＳｉ材料の壁面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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